内燃机原理（精品讲义）

图 进、排气相位图

1) 排气早开角??eo

功用：减少排气阻力以达到减少泵气损失的目的；实现充分排气，对提高充量系数有一定的影响。

2) 排气晚关角??ec

功用：利用气流惯性进一步排出废气。

图 转速不变时排气早开角对排气损失的影响 图 排气早开角不变时转速对排气损失的影响

3) 进气早开角??ao

功用：保证活塞下行时，进气门有足够的开启面积，使新鲜充量顺利流入气缸；利用新鲜充量将一部分残余废气排出（扫气作用）。 4) 进气晚关角??ac

功用：利用下止点时高速气流的惯性，在下止点后继续充气，增加进气充量。

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2. 气门重叠对性能的影响

1 对自然吸气式汽油机，进气早开角不宜过大（一般小于200）○，否则会出现“回火”；由于存在进气管动态效应，排气晚关角也不宜过大，一般小于400。

2 对自然吸气柴油机，由于新气是空气，且无进气管真空度，重叠角可适当加大。 ○

3 增压柴油机，由于进气门外的压力高于排气背压，重叠期间出现“扫气”○，应增大重叠角到800—1600。

§4.2四冲程发动机的充量系数及其影响因素

一. 充量系数解析式

每循环充入缸内的新鲜混合气量为：

m1?ma??mr??Va??a??Vr??r? （1）

进入气缸内的混合气量 m1?ma?gb

m??al0?a??1???m?1al0?又

???maal0?gb?? al0令 Kal0a??1??——混合气的空气比例系数，则

al0ma?Kam1 （2）

又 ?mac???Kam1 （3） sVs?sVs将（1）代入（3）得：??Vr??r??c?Ka?Va??a?? （4）

sVs式中，Va?,Vr?——进、排气门关闭点的体积 ?a?,?r?——进、排气门关闭点的密度

令

??Va?Va——进气门晚关系数

??Vr?Vc——排气门晚关系数 将式（4）右端分子分母同除以Vc得：

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?V??VV?VVKa?a??a??r??r??Ka?a?a?a??r??r??VVcVc???VaVc?

?c??cVV?V?ss?sacVcVc所以

Ka?????????ar? （5） ?c??s???1??c?KaTsRs?pa?pr???????? （6）

Rr?Tr?????1?ps?Ra?Ta?令 pa??ps??pa???p ； Ta??Ts??Ta? （7） 式中，?pa——进气系统流动的总压力损失

?p?——由进气下止点到进气门晚关点的压力上升值 ?Ta?——进入气缸内空气的温度

将式(7)代入（6）得：

KaTsRs?ps??pa??p?pr???c??????? （8）

Rr?Tr?????1?ps?Ra?(Ts??Ta?)二. 充量系数的影响因素

1. 沿程流动阻力对充量系数的影响 1) 沿程损失与局部损失 2) 进气旋流与气道阻力 3) 气门口的阻力系数 气门口平均进气马赫数为：

Mam?vm a而

??sfs?mvtm?FPvm

活塞平均速度 vm?2ns 活塞面积 气门口平均流速

进气门平均有效开启通路面积

所以 Mam?D?FP2nsFpKns?D????（因为。 ????）a??sfs?ma?ds??fd?ss?m?s?22实验证明：对小型四冲程发动机，当Mam?0.5之后，充量系数会急剧下降，此时气口流动速度达到音速，无论孔口下游（即缸内压力）降到何等程度，孔口流量都保持步变，

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即出现“雍塞”现象，此后，发动机转速再增加，流量不会加大，发动机功率不仅不会加大，反而因机械损失增大而下降。

降低Mam的措施有：采用多气门技术以提高进气口的有效通路面积；加大气门盘直径；合理设计凸轮型线；D不变，减小S。 2. 进气温升?Ta?对充量系数的影响 进气温升由下列几项组成：

?Ta???Tw??T??Tr??Tg

L 进气过程中，燃油汽化吸收潜热引起的温

升

残余废气与新气混合引起的温升

压力损失变为摩擦热引起的温升 壁面加热引起的

3. 进、排气相位角对充量系数的影响

当进气晚关角?ac??Va?????，但?p?? 因此，存在一个最有利的进气、排气晚关角

当排气晚关角?ec??Vr????，但pr?? 4. 其它因素的影响 1）Tr??或pr????r???c? 2）????r???c?

3）ps?或Ts???s???c?（影响不太大） 4）燃料汽化??c?

§ 4.4 稳流条件下充量系数随专速的变化规律

一. 进气速度特性及其对发动机动力性和专速稳定性的影响

进气速度特性：发动机在油量调节结构位置不变时，充量系数随转速变化的规律。 1. 进气外特性对动力性能的影响

由Ttq?i??We?i???etgbHu知：

Ttq?gb?m1（当?et不变时）??c

所以，对于负荷量调节的汽油机，发动机的进气外特性决定了全负荷时的转矩和功率，即决定了发动机的最大动力性能（最高车速、最大加速度和最大爬坡能力）。对于负荷质调节的柴油机，虽然其最大动力性能取决于每循环喷入气缸内的燃油量，但由速度外特性决定的最大充气量，也制约了柴油机允许喷入的极限油量，也即可能达到的最大动力性能。

2. 速度特性与运转稳定性

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